摘要：低浓度废水由于碳源不足的特点，对处理中的脱氮除磷效果有着制约作用。综述了低浓度废水处理技术的研究进展，重点介绍了生物膜工艺、序批式活性污泥工艺（SBR）、改良A2/O工艺、人工湿地处理工艺、升流式厌氧污泥床（UASB工艺）、膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB工艺）、厌氧折流板反应器（ABR工艺）和组合式折流板厌氧反应器（HABR工艺）。
关键词：低浓度；废水；碳源
引言：低浓度污水一般是指COD浓度低于1000mg•L-1或BOD浓度低于500mg•L-1的有机污水，主要由城市生活污水和各种稀释的工业废水等组成。低浓度污水由于碳源不足，无法为微生物提供足够的养分，对生物处理中的脱氮除磷过程有着制约作用。生物除磷脱氮的原理是微生物在厌氧、缺氧、好氧的交替环境中，依靠硝化菌和反硝化茵的硝化一反硝化作用实现生物脱氮，依靠聚磷菌的厌氧释磷一好氧摄磷作用实现生物除磷。脱氮除磷过程中的反硝化菌与聚磷菌间的矛盾主要由碳源竞争引起，因为厌氧释磷、缺氧反硝化、好氧异养菌代谢都需要消耗碳源。其中反硝化和释磷对于挥发性脂肪酸的竞争尤为突出，为了充分释磷，往往先满足厌氧释磷对碳源的要求，从而导致反硝化碳源的不足，影响处理系统脱氮的效果。因此，处理好低碳源条件下脱氮除磷的矛盾，进而达到同时高效脱氮除磷的目的，成为了今后城市污水处理亟待解决的问题。
1、低浓度废水处理过程中存在的问题
低浓度废水碳源通常不足，给处理中的脱氮除磷带来许多问题。在生物脱氮除磷的结合系统中，厌氧释磷、缺氧反硝化、好氧异养菌代谢要消耗碳源。其中反硝化和释磷对于挥发性脂肪酸的竞争性矛盾尤为突出，通常为了充分释磷，往往首先满足厌氧释磷对碳源的要求，这就会导致后续反硝化碳源的不足，进而影响系统的脱氮效果；或者反之，影响除磷效果。
国内新建的大部分城市污水处理厂具有脱氮除磷功能，由于配套的城市排水系统通常滞后于城市污水厂的建设，造成进入城市污水厂的污水量或污水水质远低于设计值，在试运行阶段甚至投入生产后正常进行的很长时期内，污水处理厂处于低负荷运转状态。这些污水处理厂的实际运行结果表明，其总磷、总氮去除率低，尤其是总磷去除效果较差，通常总磷去除率小于50%。因此，本文对低碳源条件下除磷脱氮工艺的适宜运行条件进行研究，寻求合理的解决方法，拟解决目前城市污水处理领域所面临的重要问题。
2、用于低浓度污水处理的主要工艺
2.1 序批式活性污泥工艺（SBR）
SBR工艺流程简单，污水在一个反应池内就可以完成生化反应、沉淀、排水、排泥，在运行费用低的前提下可以取得比较高的脱氮除磷效果，耐冲击负荷也比较强。然而传统的SBR法存在水力时间停留过长的问题，若管理不精准，还会造成除磷效果不够好，污泥膨胀等。将生化和物化两方法协同起来，强化污水处理能力，成了研究人员关注的方向。往SBR反应器内分别投加各种无机混凝剂以组成SBR/混凝协同工艺来对城市污水处理进行研究。经过试验发现，将新型复合混凝剂PISC以40mg・L-1的量在曝气2h后投入SBR反应器内时对CODcr、SS和TP的去除效果最佳，分别达到了76.8%、87.8%和93.1%。此外PISC的投入可以使水力停留时间缩短1/3，有抑制污泥膨胀的效果，并能降低出水的SS。将粉末活性炭（PAC）以400mg・L-1的量投入SBR反应器来进行低浓度污水处理的试验研究。微生物能在活性炭的表面能形成一层生物膜，提高除磷效率，促使污泥沉降；不同种类的微生物形成的膜能形成好氧、缺氧和厌氧的区域，提高了反硝化效率。结果表明，投加了PAC的SBR反应器对污水中COD、TN和TP的去除率分别为94.9%、67.7%和96.6%。
2.2 生物膜法
生物膜法可用来处理低浓度污水，对水质水量变动有较强的适应性，其污泥沉降性能好，宜于固液分离。但生物膜法不若活性污泥法的人工强化，而是趋于自然净化原理，其生物量不够大，导致处理效果不够好，更由于成本问题，生物膜法一般应用在小型污水厂或废水厂。为顺应当今时代的要求，低成本的生物膜法技术吸引了研究者的眼光。他们利用透水混凝土生物膜来处理城市污水，这种生物膜是由混凝土原材料和活性材料ATV-C按一定比例组成的固体膜片，上面有预留的透水孔，其构造成本很低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过试验研究，在进水流量为1.1～1.25L・min-1，回流量为4.5～6L/min，停留时间为1.5h，BOD5负荷为850g/（d・m3）的条件下，对CODcr、NH3-N、BOD5的去除率分别达到了76.0%、54.1%和94.9%，但这种生物膜对TP的去除效果不明显，需要再进行深入研究。
2.3 厌氧折流板反应器（ABR工艺）
厌氧折流板反应器（ABR）是一种新型高效的处理工艺，不仅在处理高浓度有机废水的研究和应用方面取得了较大的进展，而且在处理低浓度污水方面也越来越引起重视。ABR反应器可看成是由多个上流式厌氧污泥床（UASB）的连接而成，对低浓度污水有良好的处理效率。它具有构造简单、运行维护费用低、生物截留能力强、水力停留时间短、耐水力以及有机物冲击、对有毒物质冲击抵抗力和恢复力强等优点。ABR的工艺设计中分格数对处理效果具有较大的影响，在处理较低浓度污水时，ABR分格数控制在3--4格较好。将进水COD浓度控制在400mg・L-1以内，用BOD5∶N∶P（质量比）=（150--300）∶5∶1的葡萄糖配水模拟生活污水进行试验研究，发现水力停留时间、污泥浓度、有机负荷、温度等不同程度地影响ABR反应器运行效率。当平均温度为29.6℃，水力负荷为2.93m3・m-3・d-1，HRT为0.041d时，ABR对CODcr的去除效率最高，达到了92%以上。李清雪等采用ABR-好氧组合工艺来处理COD浓度为688mg・L-1的生活污水，试验证明，这个组合工艺对COD的去除率能稳定在84.2%附近，但对氨氮的去除效果
2.4 膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）与SBR的组合工艺
EGSB反应器是对常规的高效厌氧反应器UASB进行改善后制造出来的污水处理反应器，它以增大流速和加快出水循环来更有效地利用反应器空间，具有更高的运行效率。和纯粹EGSB和SBR工艺相比，EGSB-SBR组合工艺对COD，TP，TN等的去除更为彻底，其出水指标可以达到城镇污水处理厂污染物排放标准的一级标准。污水先通过调节池之后再通过EGSB反应器，最后通过SBR反应器，这样能有效弥补这两种工艺的缺陷，对有机物的去除，硝化和反硝化进行合理安排。经过试验研究，当HRT为3h，COD容积负荷为3.5kg・m-3・d-1，EGSB反应器的上升流速为6.5～7m・h-1时，COD的去除率最高，达到95%。接着用SBR反应器对EGSB反应器的出水作进一步处理，以除去污水中尚未达标的氮和磷。当选用污泥龄为20～30d的污泥时，SBR反应器的除磷效果最好，能达到90%以上；当厌氧阶段的DO质量浓度控制在0.2mg・L-1以下时，SBR反应器就能取得很好的脱氮效果，脱氮率达到了90%以上。
在厌氧条件下，污水中氨与硝酸盐的消失是同时发生的，表现为5NH4++3NO3-→4N2+9H2+2H+ΔG=-297kJ/MOL（NH4+）即该反应可以自发进行，这使得这个组合工艺的脱氮效率非常理想。而在6℃--15℃的范围内，EGSB-SBR组合工艺对TP的去除率能达到88.6%。
3、结语
目前，我国的城市污水处理厂进水浓度普遍偏低，碳源不足，脱氮效率难以保证。以好氧活性污泥法为主的城市污水处理技术虽然对污染物的去除率高，但占地面积大、基建投资及运行费用高。然而随着能源的日益紧缺，厌氧工艺的不断发展和完善，低浓度废水的厌氧处理具有能耗低，占地少，管理简便等优点，在生活污水的处理方面有着广阔的应用前景。在国内实际上也已经有众多运用业绩，包括传统的化粪池实际上就是一个厌氧消化工艺。由于低浓度废水的排放量比较大，对其进行加热和保温能耗也较高，所以目前对低浓废水厌氧处理的研究，大多注重中低温下厌氧反应器的运行性能。同时，因为单独的厌氧处理对氮、磷等营养元素基本上没有什么去除能力，也不能很好地除去病菌，所以厌氧处理系统后面还应该增设好氧处理。
参考文献：
[1]超低进水有机物浓度、高SS污水厂运行控制[J].付小平，何晖，李国荣，林绍葵.水处理技术.2008（04）
[2]UASB处理低浓度城市污水的生产性研究[J].李平，张永利，吕先林，温青.中国给水排水.2007（11）
[3]改进倒置A~2/O工艺处理生活污水试验研究[J].王琪，刘年丰，张杰，丁峰.环境污染与防治.2007（05）
[4]采用生物膜工艺处理低浓度有机污水的中试研究[J].向连城，龙飞，郑炳辉，刘佑华，邱向阳，苏一兵，宋永会.环境科学研究.2007（02）
[5]A/O—MBR处理低浓度生活污水的试验研究[J].李红瑛，陈卫，孙敏.中国给水排水.2007（03）
论文作者:韩培德
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
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